Das 1946 in Ebersbach an der Fils gegründete Unternehmen Südrad gliedert sich heute in eine Holding, die Südrad GmbH, sowie in die Produktionsgesellschaft Südrad Autoräder GmbH & Co. KG und die Vertriebsgesellschaft Südrad GmbH Radtechnik, die alle ihren Sitz am nahe Stuttgart gelegenen Gründungsort haben. Gefertigt werden Stahlscheibenräder, im Volksmund Felgen genannt, für Pkw sowie für Lkw, Traktoren, Anhänger, Baumaschinen und andere Nutzfahrzeuge.
Jährlich verlassen mehr als vier Millionen Räder das Werk, aufgeteilt in über 500 verschiedene Typen. Zu den Kunden zählen primär die gesamte Automobilindustrie und der Handel in Deutschland. Das Vertriebsgebiet erstreckt sich aber auch auf Europa und selbst auf außereuropäische Länder; der Exportanteil liegt bei 30 %. Mit rund 600 Beschäftigten erwirtschaftet die Gesellschaft einen Umsatz von 130 bis 150 Mio. DM pro Jahr. Der Erfolg beruht auf der hohen Qualität, die Südrad seit ihrem Bestehen als eines der wichtigsten Unternehmensziele festgeschrieben hat. Heute dokumentiert der Hersteller sein wirksames Qualitätsmanagement sowohl mit der Zertifizierung nach VDA 6, Teil 1 als auch mit der nach QS-9000, 3. Ausgabe.
Handling ‘rund um die Uhr’
Im Anschluss an die mechanische Fertigung durchlaufen die Stahlscheibenräder an einem Kreisförderer eine kathodische Tauchlackierung und die dazugehörigen Vorbehandlungsstufen. Zwei KUKA-Roboter KR 125 hängen die Räder, deren Durchmesser von 13 bis 17´´ variiert, in drei Schichten ‘rund um die Uhr’ an den Förderer. Früher haben Werker, die inzwischen anderweitig im Unternehmen eingesetzt werden, diese Aufgabe manuell abgewickelt. Obwohl die Räder höchstens 15 kg wiegen, wählte der Betreiber wegen des Gewichtes der verwendeten Doppelgreifer Roboter mit einer Tragfähigkeit von 125 kg.
Während die Roboter direkt von der KUKA Roboter GmbH, Augsburg, geliefert wurden, stammen die Endeffektoren und die Peripherie von der Boll GmbH, einem KUKA-Systempartner mit Sitz im unterfränkischen Elsenfeld; zu deren Lieferumfang gehörten u.a. die Synchronisation der Roboter mit dem Kettenförderer, das Zentrieren der Räder vor der Aufnahme, ergänzende Materialfluss-Komponenten und die Hakenkontrolle zum Erkennen und Führen der Kreisförderer-Gehänge. Die Zusammenarbeit von Südrad und Boll begann 1998, als der Systempartner Greifer für zwei andere Anlagen konzipierte. Den Ausschlag zugunsten des Roboterherstellers gaben dessen räumliche Nähe, die einen prompten Service garantiert, das stimmige Preis-Leistungs-Verhältnis, die hohe Verfügbarkeit der Roboter sowie deren PC-basierte Steuerung.
Roboter und Förderer synchronisiert
„Hinsichtlich der Roboterzelle waren kurze Zykluszeiten, ein schnelles Beschleunigen der Roboter und ein präzises Handling relevante Kriterien, denn jeder Roboter hat pro Zyklus nur maximal zwölf Sekunden Zeit“, erläutert Rolf-Dieter Mansdörfer, Geschäftsführer der Südrad GmbH Radtechnik. „Die größte Herausforderung für Boll bestand jedoch darin, Förderer und Roboter, die die Räder mit einer Genauigkeit von ± 2 mm übergeben müssen, zu synchronisieren.“
Obendrein wird von den beiden KR 125 Flexibilität verlangt, da Durchmesser und Breite der Stahlscheibenräder differieren. Die Roboter handhaben pro Tag 15.000 bis 18.000 Teile; die Kapazität ist auf die nachfolgende Verfahrenstechnik abgestimmt. Für die Installation der Zelle, die im August 1998 ihren Betrieb aufnahm, stand nur der sehr eingeengte Platz bereit, den zuvor auch die Werker nutzten. Die Roboterzelle wurde unter hohem Zeitdruck montiert; inklusive des Abrisses alter Anlagenteile, wie Zuführung der Räder und Bahnverlauf des Kreisförderers, standen nur 14 Tage während des Betriebsurlaubs von Südrad zur Verfügung.
Weil die Roboterzelle eine entscheidende Rolle im Gesamtsystem spielt, musste sie ihre Arbeit unbedingt termingerecht aufnehmen. Aus diesem Grunde baute Boll die komplette Zelle und einen Kreisförderer im eigenen Unternehmen auf und sicherte die Funktionalität der Anlage durch diverse Probeläufe vorzeitig ab. Auf diese Weise wurde von Beginn an der Forderung nach einer permanent hohen Verfügbarkeit von nahe 100 % Rechnung getragen. Sollte doch einmal ein Roboter ausfallen, kann die zweite Zelle allein weiterarbeiten. Die andere Hälfte der Leistung wäre in dem Fall manuell zu erbringen.
Kontrollierter Ablauf
Zwei getrennte Rollenbahnen führen die Stahlscheibenräder den beiden KR 125 jeweils typenrein zu. Auf der Fördertechnik werden die Teile durch parallel angeordnete Schwenkarme gestoppt und vereinzelt. Eine Zentriereinrichtung hält anschließend gleichzeitig zwei Räder an definierten Stellen fest, sodass der Roboter sie mit seinem Doppelgreifer sicher aufnehmen kann.
Damit die Übergabe an den Kreisförderer problemlos gelingt, fixiert eine Vorrichtung die Gehänge; eingeklemmt zwischen Führungsriemen behalten sie folglich ihre Lage bis zum Verlassen der Zelle bei. Zusätzlich kontrolliert Südrad die Haken der Gehänge über Lichtschranken und über eine Prüflehre, die vor der ersten Roboterzelle angebracht ist; dabei ermittelt das System, ob die Haken vorhanden sind und ob sie sich innerhalb der festgelegten Toleranz bewegen. Stellt die Steuerung fest, dass die Toleranzen nicht eingehalten werden, bekommen die Roboter via Datentransfer die Anweisung, das betreffende Gehänge leer durchfahren zu lassen.
Greifer bewältigen Typenvielfalt
Die KR 125 übergeben die Räder typenrein und paarweise übereinander mit ihren auf die Zweifachgehänge des Kettenförderers abgestimmten Doppelgreifern. Ausgebildet als Dreipunktgreifer bewältigen die Endeffektoren ohne Umrüsten das komplette Typenspektrum. Zum Aufnehmen eines anderen Radtyps genügt es, das entsprechende Programm über das KUKA Control Panel in der Roboter-Steuerung aufzurufen. Hierbei erweist es sich als Vorteil, dass das Control Panel mit der gewohnten Windows-Oberfläche ausgestattet ist; sowohl Schulungen als auch der Umgang mit der Steuerung werden daher merklich erleichtert.
Sicherheit ist ebenfalls in den Ablauf integriert; anhand der Positionsabfragen ‘Greifer offen‘ und ‘Greifer geschlossen ohne Rad’ prüft die Steuerung, ob ein Rad aufgenommen wurde. Ferner sind die Greiferfinger drehbar gelagert und mit einer Kollisionsüberwachung versehen. Da der Kettenförderer beim Betätigen einer Not-Aus-Taste bis zu 1.000 mm nachläuft, hat Boll zudem eine Sollbruchstelle als Überlastschutz in den Effektor eingebaut.
Aufgehängt wird i.d.R. im Wechsel, d.h., der einzelne Roboter belädt jedes zweite Gehänge. In der Steuerung sind jedoch auch andere Abläufe hinterlegt, etwa mit Vorrang für eine der beiden Linien. „Die exakte Übergabe an den sich bewegenden Kreisförderer bewerkstelligen die Roboter mit Hilfe eines am Förderer montierten Drehgebers“, erklärt Dipl.-Ing. Ulrich Fischer, Leiter der Produktionsplanung der Südrad Autoräder GmbH & Co. KG. „Dadurch können wir mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten; dies ist notwendig, weil die Behandlungszeit in der Verfahrenstechnik schwankt und wir deshalb auch die Taktzeit der Zelle flexibel gestalten müssen.“
Schritt in die richtige Richtung
Südrad rechnet für die doppelte Roboterzelle mit einer Amortisationszeit von zwei Jahren. Bei einem geringeren Ausmaß an Änderungen in der Peripherie - ein Punkt, der sich primär auf die Synchronisation des Kreisförderers bezieht - wäre die Zeitspanne kürzer ausgefallen.
Aufgrund der gemachten Erfahrungen existieren bereits Überlegungen, weitere Unternehmensbereiche zu automatisieren; in Frage käme die Abnahme der beschichteten Räder vom Förderer, die zur Zeit noch manuell erfolgt, da die von der Automobilindustrie für den Versand vorgeschriebenen Ladungsträger stark variieren.
In Bezug auf die Fertigung betrachtet Südrad die Automatisierung ohnehin als Schritt in die richtige Richtung. Beleg dafür sind insgesamt 14 KUKA-Roboter, die der Betreiber in verschiedenen Teilen der Produktion einsetzt; zum Beispiel in zwei Anlagen zur Herstellung von Schüsseln für Nutzfahrzeugräder, in denen je drei KR 125 Pressen und Drehmaschinen be- und entladen. Außerdem nehmen die Roboter dort so genannte Orientieraufgaben wahr, d.h., sie erkennen die Drehlage der Teile. Für diese Applikation, bei der drei Roboter das manuelle Handling von zwölf Mitarbeitern ablösten, wurde ebenfalls ein spezieller Doppelgreifer entwickelt, der große Reichweiten und kurze Taktzeiten gewährleistet.
Autor: Jürgen Warmbold, Freier Fachjournalist, 27327 Martfeld